大运轻卡驱动桥的设计含开题及CAD图

大运轻卡驱动桥的设计含开题及CAD图,大运轻卡,驱动,设计,开题,CAD 设计说明书 大运轻卡驱动桥的设计 摘要 在我国的汽车制造业和交通运输业之中，因为轻型货车在短距运输中的的机动性和经济性良好，使它在汽车产业中占了较大的比重，与其匹配的车桥尤其是驱动车桥的好坏会关系到轻卡整车的通过性、燃油经济性和平顺性。由于当前公路条件的改善，轻型货车平均速度加快，运输效率增加。为了满足这些要求，本次驱动桥的设计特点是制造和维修成本低、使用可靠、构造简单。一款很好的驱动桥，能够降低汽车的生产成本，因此对轻型货车驱动桥的设计和研究有一定的实际意义。 在本文中，详细介绍了驱动桥的组成和结构，分析各部分零件的功能和原理和驱动桥设计的基本要求。在此基础上设计主减速器总成及齿轮、差速器总成及齿轮、半轴和驱动桥壳等部件。并且计算其尺寸参数和校核参数。最后，利用CATIA软件进行模型的建立。 关键词：驱动桥，主减速器，差速器，半轴 Design of DaYun light truck drive axle ABSTRACT In the automobile manufacturing industry and transportation industry, because light trucks are mobility and economically in short distances, It makes up a large proportion in the automobile industry, and the axle matching with the light truck, especially the driving axle, will affect the pass, fuel economy and smoothness of the light truck. Due to the improvement of current highway conditions, the average speed of light truck is speeding up and transportation efficiency is increasing. In order to meet these requirements, the design of the drive axle is bound to develop in the direction of low manufacturing and maintenance costs, reliable use and simple construction.A good drive bridge, able to reduce the cost of production of the car, light truck drive axle has a certain practical significance. In the design process, first of all, we should consult the data, master the composition and structure of the drive axle, analyze the functions and principles of each part, and understand the basic requirements of the drive axle design. On this basis, the main reducer assembly and gear, differential assembly and gear, half axle and drive axle housing and other components are designed. And calculate its size parameters and check parameters, use CATIA software to complete the establishment of the model. Key words: Drive axle,Main reducer,Differential mechanism,Half shaft, 目 录 1.绪论 1 1.1选题背景和意义 1 1.2国内外驱动车桥研究现状 2 1.2.1国内研究现状 2 1.2.2国内研究现状 2 1.3设计的内容和预期成果 2 1.4小结 2 2.驱动桥的结构分类及设计参数 3 2.1驱动桥的种类 3 2.2驱动桥结构组成 3 2.3驱动桥的设计要求 3 2.4小结 4 3.主减速器的设计 5 3.1减速器的结构形式 5 3.2 主减速器的载荷计算 8 3.2.1主减速比 8 3.2.2齿轮在不同情况下的转矩 9 3.3主减速器锥齿轮的参数 10 3.3.1主减速器参数计算 10 3.3.2锥齿轮参数表格 11 3.4 主减速器锥齿轮的材料 13 3.5主减速器齿轮的强度校核 14 3.5.1齿轮损坏形式与寿命 14 3.5.2齿轮的耐磨性 16 3.5.3主减速器锥齿轮轮齿弯曲强度 17 3.5.4锥齿轮的接触强度计算 18 3.5.5主动齿轮轴的弯矩 19 3.6主减速器齿轮的轴承选择与校核 19 3.6.1轴承计算的原理 19 3.6.2主动齿轮上的作用力的大小 19 3.6.2锥齿轮轴承的定向载荷 20 3.6.3轴承的使用寿命 21 3.7主减速器三维建模 22 3.8小结 22 4.差速器的设计 23 4.1差速器的结构及形式 23 4.2差速器齿轮基本参数 23 4.2.1差速器齿轮参数的选择 23 4.2.2半轴齿轮和行星齿轮的参数汇总 24 4.3差速器的材料 25 4.4差速器齿轮的强度计算 25 4.5差速器的CATIA模型 26 4.6小结 26 5. 车轮传动装置的设计 28 5.1半轴的类型 28 5.2半轴的设计 28 5.3半轴花键强度的计算 29 5.4半轴的材料 30 5.5半轴的CATIA三维建模 30 5.6小结 30 6.桥壳的设计 31 6.1驱动桥壳结构型式的选择 31 6.2桥壳的强度校核 32 6.3驱动桥桥壳的三维建模 34 6.4小结 34 7.总结 35 参考文献 36 致谢 37 5 第 Ⅲ 页 共 Ⅲ 页 1.绪论 1.1选题背景和意义 随着社会经济和科技的发展，汽车在大众生活中的作用越来越大，有人将其作为一种代步工具也有人将其作为一种运输工具，而汽车工业的发展水平也是权衡一个国家机械工业化程度的重要标志。汽车不但作为一种行驶的工具，同时它的优劣对于运输业者来说也有着十分重要的意义。由于我国目前基础建设尤其是公路建设逐步完善加强，轻型的短距类型的货车因其灵活性和经济性良好而迅速发展起来了。我国轻型货车销量占整体货车比重逐渐增大，据AutoNews网站报道，市场研究公司R.L. Polk & Co表示在中国需求的带动下，2012年全球轻型卡车的销量将增加7%。因此可见轻卡在整体货车的生产中占据较大的比例[1]。 驱动桥的设计是汽车设计的重要组成部分，汽车驱动桥的构造类型和性能指标不仅对耐用性和持久性有重大影响外，也对货车的各种性能比如动力性能、燃油经济性能，平顺性、通过性和操稳性等有着非常重要的关系。而且因为目前整体经济形势不容乐观，人们收入几乎没有增长，但燃油价格确上涨了，货车尤其是轻型货车在燃油方面的花费也愈来愈多了，故而在确保货车的动力性能足够的条件下，从设计的角度去增加整车的燃油经济性也变得异常的必要。为了达到从各方面降低油耗的目的。不仅要求在发动机上实行各种省油技术如涡轮增压等技术。而且在发动机之后的传动系中也必须为了省油而进行设计，通常体现在减少尺寸以减少整备质量达到省油的目的。因此在使用一样型号参数的发动机的情况下，如果整车配备结构合适，性能参数良好的车桥能在节省燃油提高经济性方面加分不少。目前为了达到这一目的是通过C曲线来匹配发动机和驱动桥的[2]。对于大部分汽车驱动桥位于后轴处，而对于一些前驱的轿车和越野车来说前桥是转向桥也是驱动桥，对于大部分货车驱动桥位于后轴处及传动系的末端，所以针对本次毕业设计的轻卡而言属于后驱。驱动桥的作用是一般来讲是减速和增扭,并将发动机传来的转矩用差速器分配给左右两驱动轮，从而实现汽车的正常行驶。与此同时对于整体式的驱动桥来说其桥壳还必须承受作用于其上的各种力和力矩[3]。因此驱动桥的设计和制造水平对整车的性能影响是非常大的。因此本设计有非常重要的意义。 1.2国内外驱动车桥研究现状 1.2.1国内研究现状 目前国外驱动桥主要的设计研究较为成熟，新技术和新方法正在逐渐被应用。使得开发一款驱动桥的研发周期大大缩短，而且其成本也不高，由于大量相关设计校核软件的利用使得其设计的驱动桥更加的安全可靠[4]。目前国外最新的技术包括： (1) 并行工程开发模式 (2) 模态分析 (3) 驱动桥壳的有限元分析 (4) 高性能制动器技术 (5) 基于驱动桥的电子控制技术 1.2.2国内研究现状 我国目前驱动桥的研发能力较弱，技术含量比较低，与国际先进水平水平相比还有不小的差距。目前的研发过程基本上是从国外引入一款驱动桥分析研究之后结合自己的情况加以改进设计，很少有厂家像国外驱动桥企业一样有完整的开发体系与研发流程，大部分属于逆向工程。但随着目前高新技术的快速发展和全球化，我国的企业也逐渐与世界接轨，目前很多企业引进国外先进的研发流程和相应的计算机辅助设计应用且研发团队的能力也在提高，相信我国的驱动桥研发能力和设计能力会逐渐与国际先进水平同步[5]。 1.3设计的内容和预期成果 本次毕业设计是大运轻卡驱动桥的设计，该型号属于大运祺运轻卡250批次。说明书中将要详细介绍大运轻卡驱动桥设计的如下方面：现在市面上驱动桥的结构分类和基本构成，主要部件比如主减速器、差速器、半轴和桥壳的结构组成与工作原理，关键易出问题的部件的设计计算和强度和疲劳寿命的校核。 其中成果包括查找并翻译一篇与驱动桥相关的英文资料；根据驱动桥的主要性能参数在CATIA中建模；完成设计驱动桥的装配图；撰写毕业设计论文一篇。 1.4小结 通过查阅资料，了解到了驱动桥尤其是轻卡驱动桥发展的现状以及驱动桥的重要性。懂得了本次毕业设计的基本内容和大体方向，从而为接下来的毕业设计打下了基础。 2.驱动桥的结构分类及设计参数 2.1驱动桥的种类 市面上的驱动桥一般情况下分为非断开式驱动桥和断开式驱动桥[6]，当整车设计时如果决定采用独立悬架时，则会采用断开式的驱动桥。反之则用非断开式的驱动桥，一般货车不注重舒适性而注重经济性故会选择整体式驱动桥。 1）非断开式驱动桥 非断开式驱动桥一般又被称为整体式驱动桥，差速器装在主减速器壳中与主减速器用螺栓连接在一块成为一个整体，然后将这个整体与桥壳连接。其簧上质量较小意味着其乘坐舒适性较差但其结构简单，这就是它被广泛应用于货车的原因[7]。它的桥壳是一根整体的空心梁。 2） 断开式驱动桥 对于断开式的驱动桥，它与独立悬架相搭配，结构内存在着万向传动装置去驱动车轮前进，其大部分结构属于簧上质量的部分，因此乘坐舒适性良好，但其结构复杂，零件多，成本高，因此被广泛应用在轿车之中。 综上所述，本次设计采用非断开式驱动桥。 2.2驱动桥结构组成 非断开式的驱动桥一般由主减速器总成、差速器总成、半轴、主减速器壳和桥壳等部件构成。其布局如图2.2所示。 2.3驱动桥的设计要求 通过收集资料了解到驱动桥设计的基本要求汇总如下[8]： 1) 正确的主减速比，能够降低油耗。 2) 保证外形尺寸不能太大，一方面能减少重量而另一方面来确保必要的地面间隙使其通过性良好。 3) 提高齿轮表面硬度和整体韧性。 4) 要保证重量适当，比如要在设计中增加簧上质量提高汽车的平顺性。 5) 与悬架导向机构运动协调。 6) 要保证实现三化，及标准化、通用化、系列化。使得成本低，结构简单，维修方便。 7) 通过合理设计结构来保证机械效要高，降低不必要的能量损耗。 结合设计任务书给定的原始数据和查阅同型号轻卡获得的数据汇总如表2.1及表2.2所示： 图2.1 非断开式的驱动桥 1—半轴；2—圆锥滚子轴承；3—支撑螺栓；4—主减速器从动锥齿轮；5—油封； 6—主减速器齿轮传动锥齿轮；7—弹簧座；8—垫圈；9—轮毂；10—调节螺母 2.4小结 本章按照任务书上已给的数据结合上网查询信息得知，本次设计的型号为大运轻卡祺运250批的方案，从而确定了所匹配发动机的型号、变速箱的型号和参数以及轮胎的型号等参数，也了解到了驱动桥的结构形式和设计的基本要求，加深了对驱动桥的了解。 表2.1变速器传动比 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ R 变速器传动比 5.528 2.836 1.634 1.00 0.794 5.011 表2.2大运轻卡整车设计参数: 型号 CGC1047DB33E3 额定载重 1.75吨 类型 轻型货车 总质量 4.315吨 轴距 3300mm 最高车速 80km/h 车身长度 2米 排量 2.672L 车身高度 2.3米 最大输出功率 66kw 轮距 前轮距1590 mm后轮距1540mm 扭矩 220NM 变速器 LG5-20 最大扭矩转速 2200RPM 轮胎型号 6.50-16 7.00-16 后桥 2575 3.主减速器的设计 3.1减速器的结构形式 3.1.1主减速器齿轮类型的选择 主减速器一般情况下可据据传动齿轮的类型、减速的方式和主、动齿轮的支撑方式的区别来区分。 主减速器按齿轮类型可分为圆柱齿轮、圆锥齿轮和准双曲面齿轮等的形式。其中弧齿锥齿轮工作稳定振动和噪声低，但受啮合精度的影响较大，一旦啮合不吻合就会使齿轮磨损加剧和噪声加大；双曲面齿轮与之相比传动比较大、尺寸较小与更加的平稳可靠，但其加工精度要求较高从而成本较高；发动机前置且横置的乘用车上一般比较多用圆柱齿轮传动上。在目前轻卡驱动桥中，主减速器经常使用的是螺旋锥齿轮和双曲面齿轮[9]。 螺旋锥齿轮如图3.1（a）所示，主动齿轮和从动齿轮的轴线相交且夹角为。齿轮在啮合时的重合度大，啮合时是由点到线的，是逐渐啮合的，有一个过程。故螺旋锥齿轮能承担较大的负荷，并且在运行过程中啮合平稳，即便在在快速运行时其噪声和振动也不大。 双曲面齿轮如图3.1（b）所示，主动齿轮的轴线不与从动齿轮相交而且成夹角。和螺旋锥齿轮比较来说，当双曲面齿轮的大小一致时，双曲面齿轮具有比螺旋锥齿轮更大的传动比；当所给传动比固定时，而主动齿轮相同是，双曲面齿轮的轴径比螺旋锥齿轮会更大，并且轮齿强度与轴承刚度较大；同时双曲面齿轮的半径也小，离地间隙比较大，从而使整车有更好的通过性和越野性；在其工作过程中，双曲面齿轮的啮合处在两个方向都有滑动使其运行更加平稳。 （a） (b) 图3.1主减速器齿轮 3.1.2主减速器减速形式的选择 主减速器也可根据其几级减速分为单级主减速器是、双极主减速器和双速主减速器等形式。单级主减速器具有构造和设计较为简单和成本低等优点因而经常被用于主减速比的乘用车和轻型货车上。总重量较小的轻卡通常使用单级主减速器；双极主减速器通常会用在主减速比的总重量较大的载货车上； （a）单级主减速器 （b）双级主减速器 图3.2主减速器 如图3.2（a）所示，驱动桥中结构最为简单的就是单级主减速器，各部分尽量使用标准件，因为通用化零件储量多因此成本低，单级主减速器是以上几种中最基本的类型，轻型货车基本都使用单级的主减速器。由于现在交通发达便捷。单级主减速器由于构造简单结合路面条件改善因此得到了大量的使用。 如图3.2（b）所示，双级的主减速器由两级减速齿轮构成，其体积较大，各种零部件较多使其结构更为复杂，其成本也较单级主减速器高。因此只用于大型货车。 考虑本次驱动桥设计的基本要求，故主减速器选用螺旋锥齿轮式的单级主减速器。 3.1.3主减速器主动齿轮和从动齿轮的支撑形式 (a) (b) 图3.3主动齿轮支撑形式 主减速器齿轮正确啮合不仅与齿轮的形式有关而且也与支撑形式有很大的关系，其中主动锥齿轮的支撑方式分为跨置式支撑如图3.3（b）和悬臂式支撑如图3.3（a）所示，悬臂式支撑结构简单但是刚度较低，而当载荷较大时变形较大影响正确的啮合造成齿轮损坏，而悬臂式则相反。 主减速器从动齿轮一般只有跨置式支撑的支撑形式其结构如图3.4所示。 故本次设计轻卡减速器主动锥齿轮采用悬臂式支撑形式；从动锥齿轮则是跨置式支撑形式。 图3.4从动齿轮支撑形式 3.2 主减速器的载荷计算 3.2.1主减速比 一般对于乘用车和公共汽车而言，发动机功率给定的情况下。计算可以参考计算公式（3.1） =0.377= =5.56 (3.1) —主减速器主减速比 —车轮的滚动半径（m）：根据参考车型取0.369 —最大功率的转速（r/min）； —汽车所达到的最高车速（km/h）； —汽车变速器最高挡的传动比； 对于其他汽车而言如本次设计的大运轻卡，为了用降低车速的办法来得到足够的功率储备，主减速比一般应选的比按（3—1）的大10％～20％。对于本课题大运轻卡而言应按下式计算： =（0.377～0.472）=5.56～6.96 初选 =5.7 —分动器高档传动比：本设计没有分动器故取1； —轮边减速器传动比：取1； 此时计算出来的的主减速比应与同类车型的参数相比较并考虑主从动齿轮所选的齿数对的值予以矫正并最终确定下来[10]。 3.2.2齿轮在不同情况下的转矩 汽车行驶过程中由于路面不平等因素造成传动过程中传递载荷不是一成不变的，因此几乎不能算出齿轮上的载荷，把发动机最大转矩搭配变速器最低档传动比和车轮在好路面上开始滑转时的从动齿轮的载荷的较小者进行强度检验[11]。 1) 从动齿轮： ①　 按最大输出转矩 (3.2) —突然与离合器相接所产生的动载系数，由于故=0，=1； —发动机最大转矩，220； —液力变矩器变矩系数，没有液力变矩器故取1； —变速器一档传动比； —分动器传动比取1； —发动机到万向传动轴之间的传动效率，取0.96； —驱动桥数取1； ②　 按驱动轮在良好路面上打滑时的转矩 (3.3) —满载下驱动桥的静载荷，取65%的满载质量，=2804N; —从动齿轮到车轮之间的传动比； —从动齿轮到车轮之间的传动效率； —负载系数,取值为1.2; —轮间附着系数,取值为0.85; ③　 按从动轮的平均转矩 (3.4) G—汽车满载质量,; —道路滚动阻力系数，取0.015； —汽车正常使用时的平均爬坡能力系数，取0.05； —汽车的性能系数 故=0； 2) 主动齿轮： (3.5) ①　 由发动机最大扭矩和最低传动比确定的主动锥齿轮的转矩 ②　 当驱动轮打滑时主动齿轮的转矩 ③　 主动锥齿轮的平均转矩 计算锥齿轮强度时，计算转矩； 当计算锥齿轮疲劳寿命时； 3.3主减速器锥齿轮的参数 3.3.1主减速器参数计算 1）主动锥齿轮齿数的确定 选取要求 ①　 为了主从动齿轮啮合平稳，应大于40； ②　 为了保证磨损匀称，应避免存在公约数； ③　 为了齿轮啮合运行平稳，振动小，不小于６； ④　 大时，应小些，以保证汽车有足够的通过性。 因此选符合这些要求。 2）节圆直径以及端面模数 (3.6) —直径系数，取14 (3.7) 此处取 3） 齿面宽度的确定 一般情况下主减速器螺旋锥齿轮齿面面宽度采用下列经验公式选取。 大齿宽 一般使锥齿轮的小齿轮齿面宽比大齿轮略大，使其在大齿轮齿面两端都超出一些，通常小齿轮的齿面加大10%比较合适。 小齿宽 4） 中点螺旋角 螺旋角一般指的是齿面宽中点处的螺旋角，一般取。 5）法向压力角 载货汽车齿轮法向压力角一般为。 6) 螺旋方向 从主动锥齿轮的锥顶往下看，中间线上边向左偏为左旋，向右偏为右旋。主动、从动齿轮方向相反。为了不使汽车在前行时主从动齿轮靠近。故主动锥齿轮选择为左旋，从动锥齿轮为右旋。 3.3.2锥齿轮参数表格 设计计算锥齿轮基本参数，如表3.1所示： 表3.1 序号 计算公式 数值 注 释 1 7 小齿轮齿数 2 40 大齿轮齿数 3 6mm 模数 4 44mm 小齿轮齿面宽 续表3.1 序号 计算公式 数值 注 释 5 40mm 大齿轮齿面宽 6 20° 压力角 7 9.36mm 齿工作高,查表3.2取1.65 8 10.40mm 齿全高,查表3.2取1.83 9 90° 轴交角 10 42mm 小齿轮分度圆直径 11 10° 小齿轮节锥角 12 80° 大齿轮节锥角 13 121mm 节锥距 14 18.85mm 周节 15 1.62mm 大齿轮齿顶高,取0.38 16 7.74mm 小齿轮齿顶高 17 2.66mm 小齿轮齿根高 18 8.78mm 大齿轮齿根高 19 1.04mm 径向间隙 序号 计算公式 数值 注 释 20 1.26º 小齿轮齿根角 21 4.15° 大齿轮齿根角 22 14.15° 小齿轮面锥角 23 81.26° 大齿轮面锥角 24 8.47° 小齿轮根锥角 续表3.1 序号 计算公式 数值 注 释 25 75.85° 大齿轮根锥角 26 57.26mm 小齿轮外缘直径 27 247.55mm 大齿轮外缘直径 28 118.66mm 小齿轮至齿轮外缘的距离 29 19.40mm 大齿轮至齿轮外缘的距离 30 4.91mm 大齿轮弧齿厚，取0.9 31 13.94mm 小齿轮理论弧齿厚 32 35° 螺旋角 表3.2 轻型货车螺旋锥齿轮的、和 主动齿轮齿数 5 6 7 8 9 10 11 从动齿轮最小齿数 34 33 32 31 30 29 26 法向压力角 20º 螺旋角 35° 40° 35° 从动齿轮工作齿高系数 1.43 1.50 1.56 1.61 1.65 1.68 1.96 1.70 从动齿轮齿高系数 1.58 1.67 1.73 1.79 1.83 1.87 1.88 1.89 从动齿轮齿顶高系数 0.16 0.22 0.27 0.33 0.38 0.44 0.49 0.52 3.4 主减速器锥齿轮的材料 主减速器锥齿轮的使用条件差，汽车运行过程中是一个动态的过程，由于路面和发动机振动等一系列因素造成齿轮受到的冲击载荷较大因此与传动系中其他齿轮比较，它的工作条件更差。它要在长时间在运作以保证车辆的前行，因此齿轮磨损非常严重。故齿轮材料的选择必须要满足以下要求： 1）选择的材料必须保证齿轮弯曲强度和表面强度要足够，齿轮的表面处理后要有足够高的硬度使其更加耐磨结实。 2）为了避免齿轮太脆而无法适应无规律的冲击载荷，主减速器锥齿轮的齿轮内部应该刚度低一点韧性强一些。 3）加工性能好、锻造性和热处理性好。 4）因为一些合金元素会极大的改变钢材的性能故不用含有镍、锰、铬元素的钢材。 汽车内的各种齿轮的材料尤其是主减速器中的齿轮基本上使用的都是合金的渗碳钢，比如20MnVB、22CrNiMo、20CrMnTi及20MnTiB等钢材，通过表面渗碳处理，使其表面具有一层非常坚硬的薄膜，这使它不易磨损，而且能承受巨大压力。主减速器齿轮的内部刚度低故韧劲较大，因此基本上都是里边比较软外边比较硬，这种材料使得传动齿轮既有韧性又耐磨，并且当它承受较大的压力时齿轮有一定的变形不易折断从而提高其寿命。 在目前的机械制造业中，对于锥齿轮来进行精细的切削加工和正火、淬火、回火、调质和表面渗碳和渗氮的热处理工艺，然后在进行磷化处理和电镀铬或铜。最后在轮齿齿面上进行喷丸的操作。这样做的目的是为了增加锥齿轮的整体强度和它的局部表面强度，防止齿轮在工作过程中胶合、磨损、表明损伤而导致齿轮损坏，提高齿轮的使用寿命[12]。 3.5主减速器齿轮的强度校核 3.5.1齿轮损坏形式与寿命 当计算完主减速器锥齿轮的详细尺寸参数以后。为了验证所计算的几何尺寸是否合理是否满足其工作是的强度要求，因此已对其强度进行校核计算。在此之前，需要了解齿轮损坏的类型和使其损坏的具体原因。 齿轮在工作一段时间后会发生齿面胶合、点蚀和剥落、轮齿折断等损坏方式[13]。它们的影响因素分述如下： （1）轮齿折断 轮齿的折断一般由弯曲强度不够造成的过载折断和材料在反复的冲击载荷下的疲劳折断组成的。而齿轮的折断多半是从齿根处折断的，这是由于齿轮根部处与齿轮受力处的距离造成其弯曲应力变得很大。 ①疲劳折断：在主减速器工作过程中主从动齿轮一直承受着较大的交变载荷，轮齿的跟部遭受交变的弯曲载荷应力。若是最大应力处的应力超过材料的强度极限的话，那么最初产生的裂痕应该在在齿根处。但随着汽车行驶里程的增加也意味着作用在齿轮上的循环载荷次数的增多时，导致其产生的裂缝愈来愈大，到最后整个齿轮断开失效，在发生轮齿断裂的地方由于在载荷作用下的摩擦使得断裂面比较光滑，这就是疲劳断裂的特征之一。 ②过载折断：因为设计的时候考虑不周或者选用的齿轮材料及表面热处理与要求不相符，亦或是因为突然性的冲击载荷，使其所受到的载荷超过了规定的弯曲强度所要求的大小，从而使得轮齿折断而失效。 为了避免轮齿因为强度不够而折断，应该使其存在足够的疲劳和弯曲的强度，并选用合适的模数、压力角、齿高和齿侧间隙。齿轮材料的选择要性能良好且热处理的方式和质量要合适等。齿根处所倒的圆角要大，齿根和齿表面要足够的光滑。 （2）齿面的点蚀及剥落 齿面的点蚀和剥落是齿轮的主要表面损坏失效形式。它会造成轮齿啮合不平稳其噪音和振动增大传动效率下降。它主要由于表面接触强度不足而引起的。 ①点蚀 点蚀实质是两传动齿轮轮齿在传递载荷时的撞击而形成的。由于撞击通常会发生在节点附近，因此在节点附近尤其是小齿轮节圆以下的齿根内，经常会形成很小的齿面裂痕之后逐渐形成凹坑，点蚀现象就是凹坑或一些小的点状的坑。一般首先产生在几个齿上。当齿轮一直在传递载荷的时候，就会使这些点状的坑或者凹坑的尺寸增大数目增多，严重的会慢慢的使齿轮齿面变得极为不平，会引起很大的附加动载荷的噪音。如果不知情还在继续使用工作那么会发生轮齿折断或失效。但可以通过在设计时就考虑减小工作的压力和改善润滑方式去避免点蚀。也可以通过增大螺旋角与加大节圆半径去做到这一点，同时增大齿宽也可以减少点蚀的概率。 ②齿面剥落：齿面剥落顾名思义是齿面上的材料在循环压力的作用下脱落，在齿面会形成比点蚀更深的坑而且是沿着齿宽方向分布，形状是沿着轮齿表面的垂线向下陷入。造成齿面剥落的原因是表面处理比如渗碳和渗氮处理形成的表面薄膜太薄或者处理不当其产生的硬皮也会剥落，且内部的硬度不够也会造成这一后果。 （3）齿面胶合 减速器在工作过程中，内部是封闭的故气压较高而且在高速运行过程中大量的滑摩产生的高温，如果润滑系统的功能不好会使的油膜损坏两齿轮之间接触产生金属之间的摩擦，将由于高温和高压导致的金属粘连离开时撕扯下来造成表面的损坏的现象叫做齿面胶合。齿面胶合大多发生在齿顶处。其中胶合的强度高低与否是由临界温度来确定的。目前是通过改善润滑的方式来减少这类情况的发生。 （4）齿面磨损 一般意义上的齿面磨损是指由于齿面间的摩擦、相对运动或突出物的擦伤所产生的轮齿失效的现象。规定范围内的正常磨损是允许的。磨损产生的原因主要是齿面剥落的碎屑颗粒、维修时会带进一些杂物，比如清理掉桥壳铸造时的砂子、一些铁皮屑等和润滑液中的一些杂物，需要清理干净。比如磨合期后检修时更换润滑油的目的，一方面是由于润滑油变质，另一方面是去除其中的杂质。 对于汽车驱动桥中的齿轮来说， 受力为交变的载荷，所以其最常见的损坏形式是疲劳强度不够造成的齿轮失效。表3.3给出了驱动桥锥齿轮的许用应力。 表3.3驱动桥齿轮的许用应力 ( N／mm) 平均计算载荷 主减速器锥轮许用弯曲应力 主减速器锥齿轮许用接触应力 差速器齿轮许用弯曲应力 ，中的较小者 700 2800 980 210.9 1750 210.9 3.5.2齿轮的耐磨性 齿轮单位齿长圆周力可用来表示耐磨性，用下列经验公式计算： (3.8) p —单位齿长上的圆周力，N/mm； P —工作时作用其上的圆周力，一般按发动机最大转矩来进行计算。 如果用发动机输出最大转矩且一档时计算时： <1942 —为发动机输出的最大转矩，取220； —为变速器一挡传动比，即=5.528 ； —为主动齿轮节圆的直径，取44mm； 按发动机输出最大转矩且直接档计算时： <250 表3.4 单位齿长上的许用圆周力 (/mm) 类别 档位 一档 二档 直接档 轿车 893 536 321 载货汽车 1429 250 公共汽车 982 214 牵引汽车 536 250 因此表面耐磨性校核成功。 3.5.3主减速器锥齿轮轮齿弯曲强度 货车主减速器齿轮轮齿的计算弯曲应力一般按下列公式计算： (3.9) — 尺寸系数； —主动齿轮的计算转矩取，从动齿轮计算转矩取； —过载系数，取； —齿面载荷分配系数，取； —质量系数，取1； —齿轮齿面宽； —从动齿轮分度圆直径，取240mm； —齿轮的轮齿弯曲应力综合系数，取0.25见图3.5； 将上面所示参数代入式（3-9），有： 从动锥齿轮： =604 Mpa； 主动锥齿轮： =580 Mpa； 减速器齿轮轮齿的计算弯曲应力主动，因此齿根弯曲强度满足要求。 图3.5 轮齿弯曲应力综合系数 3.5.4锥齿轮的接触强度计算 齿轮的接触计算应力（N／mm），为公式3.10所示： (3.10) 1)转矩输出最大 2)正常行驶时 经过以上的校核，本次设计的主减速器齿螺旋锥齿轮的接触强度满足要求。 3.5.5主动齿轮轴的弯矩 图3.6 主动齿轮轴弯矩图 危险截面上的合成弯曲应力为 ： (3.11) —弯曲截面系数,，D=37mm； —主动齿轮计算转矩为187.04Error! Reference source not found. —危险截面弯矩，主动齿轮径向力为1167.23N。 经计算，=76.4MPa<=230Mpa 所以主动齿轮轴的弯曲强度是能达到使用要求的。 3.6主减速器齿轮的轴承选择与校核 3.6.1轴承计算的原理 轴承的计算主要去是计算轴承的寿命是否合格。一般是通过已经计算过的主减速器的尺寸参数来初步确定轴承的型号，然后根据此型号轴承的尺寸和它受到的载荷来校核该轴承的寿命是否合格，否则必须更换强度更高的轴承。 3.6.2主动齿轮上的作用力的大小 因为汽车在工作的过程当中会频繁的跟换档位，因此主减速器上齿轮受到转矩是在变化的,因此在计算和校核过程中就必须确立一个合理计算转距[14]。计算转矩可以按照下列公式求得 (3.12) —— ，…——分别取1、2、5、15、77.5； ，…——分别为5.528、2.836、1.634、1、0.794； ,…——分别取50、60、70、70、60。 经计算T=164N·m 1）主动锥齿轮齿宽处的中心的圆周力。 (3.13) 2)作用在主动锥齿轮上的力的计算 齿轮的轴向、径向力为 根据表3.1得：，， 3.6.2锥齿轮轴承的定向载荷 主减速器轴承本次设计采用圆锥滚子轴承，此外需要同时考虑轴向载荷与径向载荷，轴承支撑位置结构图如图3.8所示： 径向载荷的计算: = (3.14) (3.15) 图3.7锥齿轮轴承结构简图 ，， , , ，，。 带入公式得： 3.6.3轴承的使用寿命 轴承的使用寿命计算 (3.16) 取；取； 轴承A： ===7458 h>3333.4 h 轴承B： Q= ===3397 h>3333.4 h 故轴承使用寿命符合校核。 3.7主减速器三维建模 如图3.8、图3.9、图3.10所示为主减速器的CATIA三维建模图； 3.8主减速器主动齿轮 3.9主减速器从动齿轮 3.10主减速器 3.8小结 本章对主减速器结构进行选择，相关零件的参数进行计算并进行校核，加深了对主减速器设计以及制造方面的理解，明白了主减速器设计过程中具体要求和方法并结合实际情况加以选择。对螺旋锥齿轮的相关几何尺寸参数列表整理，对主减速器齿轮的材料及热处理进行了简要的说明。 4.差速器的设计 4.1差速器的结构及形式 在车辆前进过程中，车辆的两驱动轮需要滚过的长度通常是不一样的。就比如汽车转弯的时候，外侧的车轮比内侧的车轮滚动的距离要长。由于两边车轮胎压不一样、磨损情况也不同、载荷情况也不一样以及左右车轮前进时的路况也不同，从而导致两侧车轮不可能相同，若两车轮刚性固连在一块，则在行车过程中会发生滑转，这是非常危险的会导致转向和操纵性变差。 差速器的功能是通过路况的不同及两轮前进路程不同来输出两半轴的转速和转矩。差速器一般分为对称式锥齿轮差速器、滑块凸轮式差速器与蜗轮式差速器等。对称式锥齿轮差速器的内部结构一般包括差速器壳、行星齿轮、半轴齿轮、十字轴等一系列零部件。其具有成本便宜、安装十分方便及相关零件市场保有量大从而损坏后便于更换等多种的优点，在各种车辆中得到大量的使用[15]，因此本次设计使用对称式锥齿轮差速器。如图4.1所示： 图4.1 差速器结构示意图 4.2差速器齿轮基本参数 4.2.1差速器齿轮参数的选择 1）行星齿轮数目的选择 普通乘用车因为载荷较小一般用两个行星齿轮就足够了，而对于载货车和越野车因为载荷相对较大一般四个行星齿轮，故。 2） 行星齿轮球面半径 行星齿轮球面半径的大小其反应了差速器锥齿轮节锥距和强度的大小，一般可根据下列经验公式去确定 (4.1) —球面半径系数，一般选值范围在，此设计差速器的行星齿轮有4个，球面半径系数取值尽量往小取，故取2。 T—计算转矩，取，T取6238.9； 根据公式（4-1）得：= 故预先选定的节锥距 3）行星齿轮齿数和半轴齿轮齿数 在选择行星齿轮和半轴齿轮的齿数时需要保证达到以下要求：；；；两个半轴齿轮的齿数之和一定要能被行星齿轮数整除。 根据以上的要求，选择；；； 4）压力角α 现在的差速器的齿轮大多都使用22.5°的压力角。这样的话可以将最小齿数可减少到10，而且当切的过程中当小齿轮齿顶不变尖的情况下，还能修正半轴齿轮的齿厚，这样的话半轴齿轮和行星齿轮的强度可以趋于一致。因此在这里选22.5°的压力角。 4.2.2半轴齿轮和行星齿轮的参数汇总 表4.2 半轴齿轮与行星齿轮基本数据计算后汇总如下 序号 计算公式 计算结果 1 2 =14～25 3 4 ; 5 6 7 续表4.2 序号 公式 计算结果 8 9 10 ； 11 ， ， 12 13 14 ; ; 15 =- 16 =; ； 17 ； ; 18 ； ; 19 ; mm;mm 4.3差速器的材料 当前市面上的汽车差速器锥齿轮大多使用渗碳合金钢(含碳量低于0.30%)生产而成，也有用氰化合金钢制造的。例如20CrMoTi、20CrMnTi、20CrMo及22CrMnMo等。因为对差速器齿轮的制造的具体要求不高，所以目前差速器经常会用到精锻技术[16]。 4.4差速器齿轮的强度计算 因为行星齿轮大部分情况下在差速器的运行过程中只起等臂杆的功能，仅仅当两车轮行程不相等才有转速差，行星齿轮和半轴齿轮之间才有相对运动，并且它的尺寸不能太大，所以齿轮只进行弯曲强度的校核计算。当承受载荷很大，只有在转弯时或一侧打滑时对差速器齿轮进行弯曲强度计算，而不进行疲劳寿命的校核。 差速器齿轮的强度校核 (4.2) —差速器行星齿轮传递给半轴齿轮的转矩，其计算式为 —计算转矩 —过载系数 —尺寸系数 —齿面载荷分配系数 —综合系数，取0.225 —质量系数 1）按发动机最大转矩 此处 2）以汽车行驶的平均转矩来确定的计算转矩 （） 根据校核，轮齿强度合格。 4.5差速器的CATIA模型 主减速器三维建模如图4.2和图4.3所示。 4.6小结 在本章中对差速器的结构原理进行了详细的说明，同时对其参数进行选择和计算，对差速器齿轮详细参数列表整理，依据计算参数对差速器齿轮进行强度校核，并介绍齿轮常用材料。多差速器有了更系统和深入的了解。 4.2差速器各部件三维爆炸图 4.3差速器图 5. 车轮传动装置的设计 车轮的传动装置一般是在传动系的尾端，其基本功用是把转矩由半轴传递到车轮上驱动车轮的滚动。车轮传动装置的类型和所选用的驱动桥的类型关系很大，例如在断开式的驱动器中，驱动传动装置包括半轴和万向传动装置，且为了精确的传递动力，万向传动装置使用的是等速的万向节；而对于普通的整体式的驱动桥来说，车轮的传动装置就是半轴，通过半轴将差速器的半轴齿轮和轮毂联结成一个整体[17]。 5.1半轴的类型 驱动桥内的半轴根据其外端支撑形式或受力状况的不同一般可分为半浮式、四分之三浮式和全浮式。查阅文献[16]综合所述，轻型载货汽车驱动桥的设计，采用全浮式半轴。如图5.1所示： 图5.1全浮式半轴的结构图 5.2半轴的设计 1)全浮式半轴负荷的计算 作用在半轴上的负荷 (5.1) （转矩分配系数） 2)全浮式半轴杆部直径 (5.2) —半轴杆部直径，mm； —半轴的计算转矩，； —半轴扭转许用应力，Mpa。 根据上式带入＝4159，得： 32.97mm≤≤35.06mm 取：d=33mm 安全系数 =1.5 =1.5×33=50mm 3)全浮式半轴的计算转矩按下列公式计算 (5.3) 半轴扭转应力的计算方式： (5.4) —半轴的扭转应力，MPa； —半轴的计算转矩，T=4519Nm； —半轴的直径，即。 代入公式得：=184MPa<=490～588MPa 5.3半轴花键强度的计算 1) 挤压应力的确定： (5.8) ，，，，， 将数据带入（5-5）和（5-6）两式得： =51Mpa =137MPa 3）最大扭转角 (5.7) ; ; 在计算半轴强度是否满足要求时，要考虑材料的性能以及半轴的加工方法和热处理的方式同时很重要的是汽车的使用条件，如果汽车的吨位大，行进的路面条件差那么半轴的校核就更加的严格。当使用45号钢作为全浮式半轴的材料时，半轴扭转屈服极限应达到780MPa。当安全系数为1.3～1.6时，半轴许用应力可取为[＝490～588MPa。故校核合格。 5.4半轴的材料 关于半轴的选材，过去大都使用含铬的中碳钢，我国开发出新的钢种如40MnB来作为半轴材料，效果很好。近年来随着高频、中频感应淬火的广泛运用以及喷丸处理、滚压半轴凸缘根部过渡圆角增强半轴的先进工艺，半轴的疲劳强度可以大大提高。由于其表面经过特殊处理而产生一层高强度的薄膜，半轴上在加工过程中形成了表面残余应力，能抵消由材料疲劳引起的半轴失效。从降低制造成本的目标出发，许多驱动桥厂商都更喜欢用成本更为低廉的中碳钢比如45号钢[18]。 5.5半轴的CATIA三维建模 如图5.2所示为半轴的三维模型图 5.6小结 本章中对半轴的功用和类型进行了详细的介绍，并进行半轴尺寸的计算并对所选的半轴进行强度校核，并对半轴材料进行介绍。 5.2半轴 6.桥壳的设计 驱动桥桥壳是汽车总成的重要部件之一，它在汽车运行的过程中要承受极重的负荷，并受由车轮传来的路面反力和反力矩。驱动车桥在设计的工过程中一定要计算桥壳的的受力，必须要有足够的刚度和强度，一方面可以保证桥壳不会发生断裂损坏另一方面也可以保证驱动桥中动力的稳定性和其他零件工作的可靠性。在此基础上必须要保证成本低、工艺简单、维修方便。 6.1驱动桥壳结构型式的选择 驱动桥桥壳构造大致有可分式桥壳、组合式桥壳以及整体式桥壳这三种类型，下边将仔细分析每款桥壳的特点： 断开式桥壳由从中间断开分为左右两部分，这两断由用螺栓联结成一体。每一段由一个铸造外壳和一个压入其外端的半轴套管构成，并通过铆钉连接套管和驱动桥壳体。该型驱动桥壳构造简便，制造方便，使得主减速器整体钢度比较好。但拆卸、调整、维修非常不方便。但由于它的桥壳不是铸造而成，几部分却是用螺栓连在一起的，所以它的承载力不是很高，轻型货车较少使用。 组合式桥壳的主减速器壳和桥壳制铸造成为一个部分，并采用无缝钢管强压进驱动桥壳的侧，中部用焊塞或销钉联结住。其好处是从动齿轮轴承支撑刚度好，主减速器制造工艺性好，维修和保养方便，但加工要非常高的精度成本较高。 整体式桥壳是简单来说就是一个根整体铸造而成的空心梁，驱动桥壳与主减速器壳是分开的。其强度和刚度正好适合。使的主减速器和差速器的维修很是灵活方便，主减速器和差速器齿轮都安装在主减速器壳上，主减速器壳和驱动桥壳用螺栓连接就可以了，因为可分式桥壳的强度和整体钢度比较低，而且在主减速器的拆装和维修时复杂，而组合式桥壳要求具有很高的加工精度，这导致成本较高[19]。故选择整体式桥壳作为轻卡驱动桥的桥壳。 6.2桥壳的强度校核 图 桥壳分析受力图 1)当汽车静止不动时，在其两钢板弹簧之间的弯矩 N·m (6.1) 式中： —为当汽车满载时，驱动桥受到水平地面给它的载荷； —为车轮的整体重量，其远小于且不易准确预计，一般可以被忽略； 2)静弯曲应力 （6.2） 如图6.2所示： 图6.2 桥壳在弹簧座处的剖面图 为垂向截面系数: = 为水平截面系数: = 为扭转截面系数: =2×33×132×160=1393920mm 从桥壳的使用强度来看，矩形管状（高度方向为长边）在日常使用时比的圆管强度更高[20]。 由公式得 驱动轮的最大切向反作用力 =16907.59N (6.3) 驱动桥壳左、右钢板弹簧座处的垂直弯矩按下式计算 =2639.4 汽车加速行驶时的质量转移系数，货车一般为1.1～1.3，在这里选1.2 =1331.5N·m 驱动桥传递驱动力矩所产生的反力偶矩，而该桥壳在弹簧座处受到的转矩为 = =3119.45 N·m 断面处的弯曲应力和扭转